Práctica Ejercicio Situado 1

Los estudiantes, estando seguros de sus cálculos y de la teoría aplicada se disponen a realizar la práctica de laboratorio, con el fin de obtener la gráfica y valores de tensión esperados.

Los elementos y equipos de medida de los cuales se va a disponer, son:

Fuente DC EXTECH 382-210, con tensión variable de 0-30 .

• Osciloscopio RIGOL DS1102E.
• Selector de dos posiciones con dos contactos (NC y NA).
• Cargas capacitivas y resistencias del Módulo de Cargas DL1017.
• Potenciómetro de 10 .
• Multímetro FLUKE 179.

Montaje del circuito

En la Figura 5.8.6, se observa el montaje con la conexión del circuito objeto de estudio.

Figura 5.8.6 Montaje del circuito objeto de estudio sin equipos de medición

A continuación se configura la fuente DC EXTECH 382-210 del montaje anterior con las precauciones necesarias, hasta registrar 20 , como se muestra en la Figura 5.8.7.

Figura 5.8.7 Ajuste de tensión de 20V de las fuentes DC EXTECH 382-210

Con ayuda del multímetro FLUKE 179, se varió el potenciómetro de 10 nominales hasta registrar efectivamente 2.999 como se muestra en la Figura 5.8.8, medidos desde la terminal central y una del extremo.

Figura 5.8.8 Ajuste de resistencia del potenciómetro a 2.999 , medida con el multímetro FLUKE 179.

Esta medida se realizó con el FLUKE 179, en el rango de 6.000 , con una resolución de 0.001 y una exactitud o precisión de 0.9+1. Con los datos anteriores, se calcula la incertidumbre de la medida.

• Montaje de los equipos de medida

Figura 5.8.9 Conexión de la sonda del osciloscopio RIGOL DS 1102E al circuito.

Figura 5.8.10 Montaje del circuito objeto de estudio con equipos de medición

En el montaje de la Figura 5.8.10 se instala el osciloscopio, que será el equipo de medición de la tensión, conectado a las terminales del modelo real del condensador.

• Procedimiento

El circuito inicia desenergizado con el contacto NA cerrado, luego de forma manual se realiza el cambio de contactos NA abierto y NC cerrado para alimentar con la fuente DC el modelo del condensador. Un tiempo específico después, se vuelve accionar el selector para regresarlo a su posición inicial, allí se verá la etapa de descarga del elemento almacenador de energía.

• Medición obtenida

Figura 5.8.11 Señal de tensión transitoria del modelo real del condensador vista en el Osciloscopio RIGOL DS 1102E.

Para obtener una gráfica como la anterior, se debe ajustar la escala de tiempo a 200.0 en el menú , puesto que el tiempo más grande que esperamos ver es de 1.02 , luego, la escala de tensión se configura a 5 en el menú . Adicional a esto, es importante revisar que éste canal este configurado para medir tensión DC, así, . Finalmente, se debe revisar la atenuación de la sonda tanto en el equipo, , como directamente en la sonda.

Tiempo de carga del modelo real del condensador en la señal de tensión.

Posterior a la captura de la gráfica de tensión, se procede con la ayuda de menú , , a ubicar el cursor A de color blanco al inició de la señal obtenida, luego se desactiva el cursor A y se activa el cursor B, así, para desplazarlo hasta el tiempo donde se estabiliza la señal antes de la conmutación. Las siguientes dos figuras muestran lo que se obtuvo con el procedimiento.

El calcula la diferencia entre los dos cursores, brindando la información como se observa en la figura anterior, , que es el tiempo que aproximadamente el condensador demora en cargarse.

Evaluando el error relativo de la medición, se tiene que:

Tiempo de descarga del modelo real del condensador en la señal de tensión.

Figura 5.8.13 Medición de los de descarga en la señal de tensión del modelo del condensador.

Como se muestra en la figura anterior calcula la diferencia entre los dos cursores, mostrando el tiempo que aproximadamente el condensador demora en descargarse totalmente, .

Evaluando el error relativo de la medición, se tiene que:

Medición de la tensión en el condensador.

Luego de medidos los tiempos, se debe realizar la siguiente configuración, de nuevo al menú CURSOR para medir la tensión. , ; hasta aquí, se procede a mover el cursor A y ubicarlo en la parte superior de la gráfica, posteriormente se desactiva el cursor A y se activa el cursor B, así: , ahora se ubica el cursor B en la parte inferior de la señal. Todo lo anterior se muestra en la Figura 5.8.14

Figura 5.8.14 Medición de la tensión máxima del modelo del condensador.

Como se muestra en la figura anterior calcula la diferencia entre los dos cursores horizontales, mostrando que la tensión máxima a la cual se carga el condensador es de aproximadamente.

Evaluando el error relativo de la medición, se tiene que:

Análisis de resultados

A cada medición le corresponde un cálculo de error, valor que facilitará el análisis de la medida. A continuación, se presenta un resumen de los errores obtenidos.

Tabla 5.8.7 Recopilación de errores obtenidos para cada medida.

La curva de tensión obtenida durante la práctica satisface lo calculado en la teoría, puesto que se encontró que la señal mostrada en el osciloscopio tenía la misma forma de la que se había estudiado en los cálculos. En cuanto a la medida de las constantes de tiempo, tanto para la carga como para la descarga, se observa que el error es menor del 1 lo cual indica que la medición realizada fue correcta o acertada. En cuanto a la medición de la tensión, el circuito previamente diseñado se estructuró sin tener en cuenta el modelo del osciloscopio, lo anterior habría permitido obtener un error menor al 1 en la medida. Además de esto se podría atribuir este error del -3.122 a agentes ambientales y al desgaste continuo de las cargas del módulo DL1017.

 

Ejercicio Situado 1: Carga - descarga de un condensador y medición de la constante de tiempo 5Τ	Ejercicio situado 1 parte 2: Variación de la constante de tiempo Τ en un circuito de primer orden RC.